研究人員使用蛋白質(zhì)工程和AI模型使蛋白質(zhì)TnpB對基因組編輯更加有效。圖片來源：蘇黎世大學

瑞士蘇黎世大學與蘇黎世聯(lián)邦理工學院聯(lián)合團隊通過設(shè)計小而強大的TnpB蛋白開發(fā)出一種變體。該變體修飾DNA的效率提高了4.4倍，成為一種緊湊、有效的基因編輯新工具。研究成果發(fā)表在最新一期《自然·方法》雜志上。

CRISPR-Cas（又稱“基因魔剪”）系統(tǒng)由蛋白質(zhì)和RNA組成，最初是作為細菌抵御入侵病毒的自然防御機制而開發(fā)的。

Cas蛋白是從更小的蛋白質(zhì)進化而來的，其中TnpB是Cas12的祖先。由于Cas蛋白的大尺寸限制了將其遞送到體內(nèi)目標細胞，最新研究試圖使用其較小的進化祖細胞作為基因組編輯工具。

TnpB蛋白存在于多種細菌和古細菌中。此次研究團隊優(yōu)化了TnpB，使其可比原始蛋白更有效地編輯哺乳動物細胞的DNA。訣竅是通過兩種方式修改該工具：首先，使其更有效地進入基因組DNA所在的細胞核；其次，使其也針對替代基因組序列。

團隊在10211個不同的靶位點測試了TnpB。利用新開發(fā)的人工智能模型，團隊能預(yù)測任何給定目標位點的TnpB編輯效率，從而更容易、更快速地設(shè)計基因編輯實驗。通過這些預(yù)測，團隊在小鼠肝臟中實現(xiàn)了高達75.3%的效率，在小鼠大腦中實現(xiàn)了高達65.9%的效率。

團隊能使用臨床上可行的腺相關(guān)病毒載體，有效地將工具運輸?shù)叫∈蠹毎小Ｓ捎谄潴w積小，TnpB基因編輯系統(tǒng)可包裝成單個病毒顆粒。相比之下，CRISPR-Cas9成分必須包裝成多個病毒顆粒，這意味著需要應(yīng)用更高的載體劑量。

動物實驗進一步表明，新工具能編輯一個調(diào)節(jié)膽固醇水平的基因，從而將實驗小鼠的膽固醇降低近80%。

【總編輯圈點】

基因編輯讓人類擁有了非凡能力，可對生物體的遺傳指令進行精確修改。引起廣泛關(guān)注的CRISPR編輯技術(shù)，用到的蛋白通常為Cas9和Cas12。不過，這些蛋白比較笨重，“拖家?guī)Э凇薄npB被認為是Cas12的祖先，它更古老，也更緊湊，是有巨大潛力的微型基因編輯工具。此次，研究團隊優(yōu)化了TnpB，把這把“剪刀”打磨得更為鋒利。它能更有效地編輯哺乳動物細胞的DNA，實現(xiàn)了更加簡易的基因編輯。

（原標題《利用小而強的蛋白，緊湊型“基因魔剪”實現(xiàn)高效編輯》）